[发明专利]一种混凝土表面非均匀应变测量系统与方法

权利要求书

1.一种混凝土表面非均匀应变测量系统，其特征在于，所述系统包括试样定位系统和三维数字图像采集系统和数字图像存储与计算系统。

2.根据权利要求1所述的混凝土表面非均匀应变测量系统，其特征在于，所述试样定位系统包括激光定位器、定位螺钉、样品台，根据所测量的混凝土样品变形区域来定位样品的初始位置和变形后的位置；所述三维数字图像采集系统包括镜头、工业相机、偏振镜、触发采集器、单色光源，所述工业相机包括左右双相机；所述偏振镜安装在镜头上，所述镜头安装在工业相机上，所述工业相机安装在立体支架上，所述数字图像存储与计算系统主要包括图形工作站和硬盘。

3.根据权利要求2所述的混凝土表面非均匀应变测量系统，其特征在于，所述的工业相机是双目高分辨率工业相机，所述高分辨率是其像素400～500万。

4.一种混凝土表面非均匀应变测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)三维数字图像采集系统的安装

工业相机包括左右双相机。根据目标测试的区域面积，确保测试的区域在左右双相机中完全成像，调整所述双相机的工作距离，双相机的角度为30°～60°，并将双相机安装在固定支架上，然后使用标定板对镜头和工业相机进行标定，获得其内参数和外参数，所述内参数是焦距和主点坐标和相机畸变系数，所述外参数是旋转矩阵和平移向量；

(2)待测混凝土试样的处理

根据测试平面和样品台表面的距离来确定混凝土试样的厚度，切割混凝土，使其暴露骨料结构；在切割面一侧，先喷一层白色的哑光漆，3～5分钟后待白漆干燥，再随机制作黑色的散斑点，每个散斑的直径大小为5～7像素；

(3)混凝土试样的定位

根据所需研究的试样区域，来调整样品台上试样的定位系统，获得试样的起始位置，并确保测试区域在工业相机中完全成像；

(4)三维数字图像采集

根据测试条件来设定工业相机的拍照频率，并将采集的混凝土表面的立体数字图像传输并存储至硬盘中；在采集过程中，镜头和工业相机的位置不能移动；

(5)位移计算系统

以左相机采集的变形前混凝土表面的散斑图为基准图像，选取目标区域，选取种子点，在变形后图像中，用相关系数C评价不同位置处的图像子区与变形前的子区的相似度，所述的相关系数C的阀值取值为0.95～1.0。

5.根据权利要求4所述的混凝土表面非均匀应变测量方法，其特征在于，所述相关系数C的公式如下：

式中，C为相关系数

(x,y)为像素坐标；M为图像子区半径；

f(x,y)为变形前图像在坐标(x,y)处的灰度值；

g(x′,y′)为变形后图像在坐标(x′,y′)处的灰度值。

6.根据权利要求4所述的混凝土表面非均匀应变测量方法，其特征在于，对变形前后的图像计算区域内所有点进行相关匹配，获得各点空间位置，即可计算出计算区域的位移场，并用最小二乘法求解微分方程，计算混凝土表面最大主应变和混凝土表面最小主应变，得到应变场。

7.根据权利要求4所述的混凝土表面非均匀应变测量方法，其特征在于，混凝土表面最大主应变为混凝土表面最小主应变为式中，E_xx为x方向的应变；E_yy为y方向的应变；E_xy为剪切应变。